Асинхронні двигуни як джерело струму короткого замикання — зворотне живлення за IEC 60909

Гід із розрахунку струму короткого замикання методом імпедансу IEC 60909 розглядає загальний метод розрахунку початкового симетричного струму короткого замикання. Ця стаття розглядає внесок, який легко упустити з уваги: працюючі асинхронні двигуни, які в момент виникнення пошкодження короткочасно самі стають джерелом струму.

Чому двигун короткочасно віддає струм назад

Працюючий асинхронний двигун містить магнітне поле, що підтримується струмом ротора, який виникає за рахунок різниці ковзання між полем статора, що обертається, і механічною швидкістю ротора. Коли поблизу двигуна виникає коротке замикання і напруга мережі раптово зникає або різко знижується, ротор — завдяки своїй механічній інерції — ще деякий час продовжує обертатися майже з тією самою швидкістю, тоді як магнітне поле в роторі все ще присутнє. У цей момент двигун короткочасно поводиться як генератор: він віддає струм, що згасає, до місця пошкодження, живлений магнітною енергією, накопиченою в роторі.

Чому цей внесок швидко згасає

На відміну від внеску синхронного генератора (див. гід про надперехідний і перехідний реактивний опір генераторів), який підтримується активною системою збудження і тому зберігається значно довше, асинхронний двигун не має зовнішнього джерела збудження — поле ротора просто згасає, щойно накопичена магнітна енергія вичерпується. Внесок асинхронного двигуна тому характерно короткочасний: зазвичай уже значно згаслий протягом кількох мережевих циклів після виникнення пошкодження, зі сталою часу, що значно менша, ніж у синхронного генератора.

Коли IEC 60909-0 вимагає обов'язкового врахування цього внеску

IEC 60909-0 визначає, що сукупний внесок асинхронних двигунів має враховуватися під час розрахунку струму короткого замикання, щойно їхній сукупний внесок у початковий симетричний струм короткого замикання перевищує встановлений стандартом поріг значущості відносно струму короткого замикання без двигунів. На промисловій установці зі значною підключеною потужністю двигунів — наприклад, у компресорній, насосній станції чи великій кліматичній установці в тепличному господарстві — сукупний внесок усіх працюючих двигунів може легко перевищити цей поріг, навіть якщо жоден окремий двигун сам по собі не здається значущим.

Як моделюється внесок двигуна

Для розрахунку асинхронний двигун (або еквівалентна група двигунів) моделюється через надперехідний реактивний опір, отриманий із відношення пускового струму (струму при загальмованому роторі, див. також гід про вимірювання пускового струму) до номінального струму двигуна. Чим вище це відношення, тим нижчий ефективний реактивний опір і тим більший внесок двигуна в пікове значення струму короткого замикання одразу після виникнення пошкодження.

Практична значущість для силових вимикачів

Внесок двигуна особливо важливий для вмикної здатності (Icm) силового вимикача поблизу групи великих двигунів: перше пікове значення струму після виникнення пошкодження виявляється вищим за рахунок спільного внеску мережі та двигунів. Для вимикної здатності в дещо пізніший момент (наприклад, після власної часової затримки реле) внесок двигуна зазвичай уже значною мірою згас і тому менш визначальний — на відміну від внеску самої мережі, який залишається незмінним протягом усього пошкодження. Ця відмінність між впливом на пікове значення (Ip) і на пізніший струм вимикання схожа, але не тотожна, відмінності, що застосовується для джерел, які живляться через перетворювач, де внесок обмежується радше системою керування перетворювача, ніж фізичним процесом згасання.

Практична значущість

Під час проведення дослідження струму короткого замикання для установки зі значною потужністю двигунів (наприклад, виробничого цеху з кількома великими приводами або сільськогосподарського підприємства з великою кліматичною установкою) слід перевірити, чи перевищує сукупний внесок двигунів поріг значущості IEC 60909-0, і якщо так, врахувати його як при визначенні необхідної вмикної здатності силових вимикачів поблизу двигунів, так і при оцінці селективності відповідних захистів.

Типові помилки

1. Розгляд двигунів виключно як навантаження під час дослідження струму короткого замикання, без урахування того, що під час пошкодження вони короткочасно самі віддають струм.
2. Ігнорування внеску двигуна, оскільки жоден окремий двигун не здається великим, тоді як сукупний внесок багатьох менших двигунів може все ж перевищити поріг значущості IEC 60909-0.
3. Розгляд внеску двигуна з тією самою сталою часу, що й внесок синхронного генератора — внесок двигуна згасає значно швидше і тому важливий насамперед для пікового значення, а не для пізнішого струму вимикання.
4. Підбір вмикної здатності силового вимикача поблизу великої групи двигунів без урахування внеску двигунів — це може призвести до того, що вимикач зіткнеться під час реального пошкодження з вищим піковим струмом, ніж той, на який він розрахований.

Пов'язане

• Розрахунок струму короткого замикання — метод імпедансу IEC 60909
• Реактивний опір генератора — надперехідний, перехідний і синхронний (Xd)
• Джерела, що живляться через перетворювач — внесок у струм короткого замикання за IEC 60909
• Вимірювання пускового струму двигуна (locked rotor current)